WO2022024994A1 - 電動作業機械 - Google Patents

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charge
diagnostic
charging
secondary battery
time
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貴嗣 上城
健 竹内
到 納谷
絢太 谷垣
健士 井上
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日立建機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric work machine having a secondary battery.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-128003 filed on July 29, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the electrification of the power source is realized by using a power storage device that stores electric power as a power source and driving an electric motor mounted on the work machine with the power supplied from the power storage device.
  • the power storage device include a power storage element such as an electric double layer capacitor and a capacitor such as a lithium ion capacitor in addition to a secondary battery such as a lithium ion battery, a lead battery, a NAS battery, and a redox flow battery, and a secondary battery is particularly used. Attention has been paid.
  • the battery management unit for managing the secondary battery mounted on the electric work machine calculates the full charge capacity of the secondary battery, and calculates the remaining operating time and remaining mileage. It can be calculated and the degree of deterioration (State of Health: SOH) of the secondary battery can be diagnosed.
  • SOH degree of deterioration
  • As a method of calculating the full charge capacity of the secondary battery for example, as described in Patent Document 1, the open circuit voltage (from the voltage change after charging during the pause time provided at least twice during charging) OpenCircuitVoltage: OCV) is estimated, and it is calculated by the charge rate (State of Charge: SOC) obtained from the estimated OCV and the charge amount.
  • An object of the present invention is to provide an electric work machine that can prevent an obstacle to a work plan.
  • the electric work machine is an electric work machine having a secondary battery, in which a battery management unit for managing the secondary battery and the secondary battery are normally charged without a pause during charging, or A controller for controlling diagnostic charging that provides a pause during charging is provided, and whether or not the controller recommends diagnostic charging based on the operation history of the secondary battery output from the battery management unit. From the diagnostic charge recommendation judgment unit that determines, and the state of the secondary battery output from the battery management unit, the estimated charge time required for diagnostic charge, and the work start time when it is determined that diagnostic charge is recommended. It is characterized by having a diagnostic charging execution determination unit that determines whether or not to implement diagnostic charging based on the on-site work plan.
  • the controller has a diagnostic charge recommendation determination unit that determines whether or not diagnostic charge is recommended based on the operation history of the secondary battery output from the battery management unit, and a diagnostic charge recommendation unit. If it is determined that charging is recommended, whether to perform diagnostic charging based on the on-site work plan consisting of the state of the secondary battery output from the battery management unit, the estimated charging time required for diagnostic charging, and the work start time. Since it has a diagnostic charging execution judgment unit that determines whether or not it is, by performing diagnostic charging that provides a pause only when it is determined that diagnostic charging is recommended, diagnosis with a long total charging time is performed. The number of times of charging can be reduced.
  • the risk of hindering the on-site work plan can be reduced. As a result, it is possible to prevent the work plan of the electric work machine from being hindered.
  • a battery excavator a battery-powered hydraulic excavator
  • the present invention is not limited to the battery excavator and is also applicable to electric work machines such as plug-in hybrid excavators. Will be done.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the battery shovel according to the first embodiment.
  • the battery shovel 1 includes an articulated working device 104 having a boom 101, an arm 102 and a bucket 103, and a vehicle body 107 having an upper swing body 105 and a lower traveling body 106.
  • the boom 101 is rotatably supported by the upper swing body 105 and is driven by the boom cylinder (hydraulic cylinder) 108.
  • the arm 102 is rotatably supported by the boom 101 and is driven by an arm cylinder (hydraulic cylinder) 109.
  • the bucket 103 is rotatably supported by the arm 102 and is driven by the bucket cylinder (hydraulic cylinder) 110.
  • the upper swivel body 105 is swiveled by a swivel motor (electric motor), and the lower traveling body 106 is driven by the left and right traveling motors (hydraulic motors) 111.
  • the boom cylinder 108, the arm cylinder 109, the bucket cylinder 110 and the traveling motor 111 are driven by the pressure oil discharged from the hydraulic pump.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a battery system of the battery shovel according to the first embodiment.
  • the battery system 200 is mounted on the battery shovel 1, and flows through the secondary battery 201, the battery management unit (Battery Management Unit: BMU) 202 for monitoring the state of the secondary battery 201, and the secondary battery 201.
  • BMU Battery Management Unit
  • the inverter 207 that controls the motor 206 while converting the DC power from the secondary battery 201 into AC power, and the state of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202.
  • VCU Vehicle Control Unit
  • the secondary battery 201 is, for example, an aggregate of battery modules composed of a plurality of single batteries, a so-called assembled battery.
  • the battery module is housed in a box by connecting a plurality of cells in series.
  • the battery modules are further connected in series or in parallel to form a component of the assembled battery.
  • a lithium ion battery having high input / output and high energy density is used as the secondary battery.
  • the secondary battery 201 shown in FIG. 2 has battery modules connected in series, but may have a series-parallel configuration. In that case, the battery management unit 202 and the ammeter 203 shall be prepared in series.
  • the secondary battery 201 monitors the voltage of each battery, and is configured to periodically transmit the voltage value to the battery management unit 202 via the communication line 204.
  • the battery management unit 202 includes an arithmetic processing unit (for example, a CPU) for executing various control programs, and a storage unit (for example, ROM, RAM) for storing various data including the control program. Etc. are provided.
  • the battery management unit 202 stores and manages, for example, the operation history of the secondary battery 201.
  • the operation history of the secondary battery 201 includes information such as charge history, discharge history, current time, and temperature of the secondary battery 201.
  • the battery management unit 202 calculates the full charge capacity of the secondary battery 201 based on the voltage of each battery acquired from the secondary battery 201 and the current acquired via the current meter 203. The calculation method of the full charge capacity will be described later. Further, the battery management unit 202 calculates the charge rate SOC and deterioration degree SOH of the entire secondary battery 201, and the SOC and SOH of each battery module and individual battery, respectively, based on the calculated full charge capacity of the secondary battery. .. Further, the battery management unit 202 can calculate SOHQ, which is the degree of deterioration of the secondary battery capacity. The SOHQ, which is the degree of deterioration of the secondary battery capacity, is calculated based on, for example, the following formula 1, and the charge rate SOC is calculated based on, for example, the following formula 2.
  • the battery management unit 202 stores the battery voltage OCV [V] at no load as the specification information of the secondary battery 201. Since the value of OCV changes according to the state of charge of the secondary battery (that is, the charge rate SOC), the battery management unit 202 in the present embodiment stores the relationship between SOC and OCV in the form of a table. In addition to Equation 2, there is also a method of using the acquired battery voltage or the OCV estimated value and the relationship table between SOC and OCV as the SOC calculation method.
  • ammeter 203 for example, one using a shunt resistor or one using a Hall element can be applied.
  • the current value detected by the ammeter 203 is output to the battery management unit 202.
  • the communication line 204 LIN (Local Interconnect Network), CAN (Controller Area Network), or the like can be used.
  • the charger 205 is for charging the secondary battery 201, and is connected to the secondary battery 201.
  • the charger 205 may be mounted on the battery shovel 1 or may be independently installed outside the battery shovel 1.
  • the charging method of the charger 205 includes, for example, CCCV charging (Constant-Current Constant-Voltage: constant current-constant voltage charging) and a pulse charging method.
  • the CCCV charging method is a method in which charging is performed in a constant current mode from the start of charging, and when the target voltage for charging is reached, charging is performed in the constant voltage mode.
  • pulse charging is a method in which a pulse current is input every predetermined time (for example, a period of several seconds) to charge the battery up to a target voltage for charging.
  • the charger 205 starts or stops charging the secondary battery 201 based on the signal output from the vehicle control unit 208, and automatically stops when the secondary battery 201 is fully charged. It is configured in.
  • the charge pause signal there is a configuration in which a relay is connected to an existing charger to control the switch.
  • the communication line 210 for control from the vehicle control unit 208 may use CAN, and charges a voltage line indicating the ON / OFF state of the switch (a signal indicating that charging by the charger 205 has started (charging start signal)).
  • One for sending from the device 205 to the vehicle control unit 208 and one for sending the charge suspension signal from the vehicle control unit 208 to the charger 205) may be used.
  • the motor 206 is, for example, a swivel motor for swiveling and driving the above-mentioned upper swivel body 105.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a controller provided in the vehicle control unit.
  • the vehicle control unit 208 is provided with a controller 300.
  • the controller 300 makes a diagnostic charge recommendation determination and a diagnostic charge execution determination based on the information from the battery management unit 202, and performs charge control to the secondary battery 201 based on the determination result.
  • the controller 300 has a diagnostic charge recommendation determination unit 301, a diagnostic charge execution determination unit 302, and a charger control unit 303.
  • the diagnostic charge recommendation determination unit 301 determines whether or not to recommend diagnostic charge based on the information from the battery management unit 202. Specifically, the diagnostic charge recommendation determination unit 301 determines whether or not to recommend diagnostic charge based on the operation history of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202. Then, the diagnostic charge recommendation determination unit 301 outputs the determination result to the diagnostic charge execution determination unit 302 and the charger control unit 303, respectively.
  • the diagnostic charge execution determination unit 302 is for diagnosis based on the state of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202, the estimated charge time required for diagnostic charge, and the on-site work plan which is the next work start time. Determine whether to charge. Then, the diagnostic charging execution determination unit 302 outputs the determination result to the charger control unit 303.
  • the charger control unit 303 controls the charging mode to the secondary battery 201 via the charger 205.
  • the charging mode for the secondary battery 201 has at least normal charging and diagnostic charging.
  • Normal charging is a charging mode in which no particular limitation is provided, and specifically, no pause time is provided during charging.
  • diagnostic charging is a charging mode in which a pause is provided during charging.
  • the diagnostic charge is preferably a charge that provides a preset pause time before and after charging, and in addition to providing a preset pause time before and after charging, ⁇ SOC by charging is predetermined. It is more preferable that it is equal to or higher than the value. By doing so, it is possible to suppress the full charge capacity of the secondary battery 201 and calculation errors such as SOHQ. Note that ⁇ SOC is the amount of SOC change before and after charging.
  • charge control for the secondary battery 201 will be described with reference to FIG. 4
  • the control process shown in FIG. 4 is started in a state where the charging operation of the battery shovel 1 is started, for example, by connecting a current cable.
  • the diagnostic charge recommendation determination unit 301 determines whether or not to recommend diagnostic charge based on the operation history of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202.
  • the operation history of the secondary battery 201 is, for example, a charge history, a discharge history, a current time, a temperature, and the like. The specific judgment method will be described later. If it is determined that diagnostic charging is recommended, the control process proceeds to step S120.
  • step S120 the diagnostic charge execution determination unit 302 is based on the state of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202, the estimated charge time required for diagnostic charge, and the on-site work plan which is the work start time. Determine whether to perform diagnostic charging. The specific judgment method will be described later. Examples of the state of the secondary battery 201 here include a charging state of the secondary battery 201, a temperature state of the secondary battery 201, and the like. If it is determined that the diagnostic charge is to be performed, the control process proceeds to step S130.
  • step S130 the charger control unit 303 creates a diagnostic charging pattern based on information such as the state of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202, and the created charging pattern is used via the charger 205. Controls the diagnostic charge to the secondary battery 201.
  • step S110 determines whether diagnostic charging is not recommended, or if it is determined in step S120 that diagnostic charging is not performed.
  • the control process proceeds to step S140.
  • step S140 the charger control unit 303 determines the charging current based on information such as the state of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202, and determines the charging current to the secondary battery 201 via the charger 205. Control charging.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of time changes of the battery voltage and the charge suspension signal in the diagnostic charge.
  • a preset pause time is provided before and after charging.
  • a constant post-operation pause time t502 is provided after the discharge time of the secondary battery 201 (in other words, the operating time of the battery shovel 1) t501 and before charging the secondary battery 201.
  • the secondary battery 201 is charged with the charging time t503.
  • a constant post-charging pause time t504 is further provided.
  • the pause time such as the post-operation pause time t502 and the post-charge pause time t504 is not provided.
  • FIG. 5 shows an example in which the charging time t503 is set to once, but the number of times the charging time is provided is not limited. For example, a preliminary charging time may be provided after the rest time t502 after operation. After this precharging time, the main charging (that is, the charging time t503) is performed.
  • the battery management unit 202 calculates the full charge capacity and SOHQ of the secondary battery 201 based on the operation history data such as the current during charging. On the other hand, in the normal charging as well, the battery management unit 202 calculates the full charge capacity and SOHQ of the secondary battery 201 based on the operation history data such as the current during charging. Then, the battery management unit 202 processes the full charge capacity and the SOHQ calculated based on the operation history of the diagnostic charge as the current state values of the secondary battery 201 at the time of the diagnostic charge.
  • the operation history of the diagnostic charge includes not only the charge current of the secondary battery 201 at the time of the diagnostic charge, but also the charge history, the discharge history, the current time, the temperature, and the like.
  • the battery management unit 202 processes the full charge capacity and SOHQ calculated based on the operation history of normal charging as reference values.
  • the operation history of normal charging includes not only the charging current of the secondary battery 201 during normal charging, but also the charging history, discharge history, current time, temperature, and the like.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a full charge capacity and SOHQ calculation in the battery management unit 202.
  • the battery management unit 202 has a charge amount calculation unit 601, a ⁇ SOC calculation unit 602, a battery capacity calculation unit 603, and a SOHQ calculation unit 604.
  • the charge amount calculation unit 601 calculates the charge charge amount ⁇ Q based on the equation 3 using the current I acquired through the ammeter 203, and outputs the calculated result to the battery capacity calculation unit 603.
  • the ⁇ SOC calculation unit 602 calculates the SOC change amount ⁇ SOC before and after charging, and outputs the calculated result to the battery capacity calculation unit 603.
  • the battery capacity calculation unit 603 calculates the current full charge capacity Q (see Q1 in FIG. 6) based on the equation 4 using the charge charge amount ⁇ Q and the SOC change amount ⁇ SOC.
  • the SOHQ calculation unit 604 calculates SOHQ based on the above equation 1 using the current full charge capacity Q (see Q1 in FIG. 6) and the initial full charge capacity Q0.
  • FIG. 7 is a table showing the relationship between the open circuit voltage OCV and the charge rate SOC. This table is stored, for example, in the storage unit of the battery management unit 202.
  • the battery management unit 202 estimates the OCV (OCV 1 ) at the end of the post-operation pause time t502 based on the operation history of the secondary battery 201 (the estimation method will be described later), and the estimated OCV 1 to FIG. 7 Estimate the SOC (SOC 1 ) before charging using the table in. For example, if the estimated OCV 1 is 3.2V, the SOC 1 will be 20%.
  • the battery management unit 202 estimates the OCV (OCV 2 ) at the end of the post-charge pause time t504 based on the operation history of the secondary battery 201, and after charging from the estimated OCV 2 using the table of FIG. Estimate the SOC (SOC 2 ) of.
  • the battery management unit 202 calculates ⁇ SOC by taking the difference between SOC 1 and SOC 2 before and after charging.
  • An example of a method for estimating OCV is a method using a battery equivalent circuit model.
  • OCV is obtained, for example, based on Equation 5.
  • R 0 indicates the internal resistance
  • V P 1 indicates the voltage drop due to polarization
  • CC V indicates the closed circuit voltage
  • V P1 is a voltage deviation from OCV caused by the electrochemical reaction of the secondary battery, and is represented by a temporary delay equation such as Equation 6.
  • Rp1 is the polarization resistance
  • t is the elapsed time
  • ⁇ is the polarization time constant.
  • the temporary delay parameter is one, but may be plural.
  • the battery management unit 202 calculates the OCV using the parameter table of R0, Rp1, ⁇ created in advance by the battery characteristic evaluation, the operation history data such as the current, and the equation 7 obtained from the equations 5 to 6. ..
  • OCV (V) CCV --I ⁇ R 0 --V P1 (Equation 5)
  • V P1 (V) I ⁇ R P1 ⁇ ⁇ 1 --exp ((-t) / ⁇ ) ⁇
  • OCV (V) CCV --I ⁇ R 0 --I ⁇ R P1 ⁇ ⁇ 1 --exp ((-t) / ⁇ ) ⁇ (Equation 7)
  • the calculation method using OCV before and after charging is shown for the calculation of ⁇ SOC, but the voltage value at the end of the post-operation pause time t502 or the end of the post-charge pause time t504 may be used instead of the OCV.
  • the set values of the pause time t502 after operation and the pause time t504 after charging are sufficient for calculating OCV accurately using Equation 7, or before and after charging the secondary battery. It is desirable that the time is such that the polarization inside the secondary battery 201 is sufficiently relaxed and the OCV converges, and it is preferable that the time is prepared in advance in a table format and stored in the storage unit of the battery management unit 202.
  • the pause time after operation t502 and the pause time after charging t504 may change depending on the temperature or SOC, it can be set as shown in the table shown in FIG. 8, for example.
  • FIG. 8 shows the set values of the pause time in the predetermined temperature range and SOC range
  • the table may be a table having only the temperature range or only the SOC range.
  • the set value of the rest time in FIG. 8 may be a value determined by a prior test, or may be a value based on the polarization time constant ⁇ of Equation 6.
  • the polarization time constant ⁇ correlates with the time until the polarization inside the secondary battery 201 is relaxed. 67% of the polarization voltage is eliminated when the time of the polarization time constant ⁇ elapses, and 99.5% of the polarization voltage is eliminated when the time of 3 times the polarization time constant ⁇ elapses.
  • the pause time for normal charging is a value set in advance on the premise that the operation of the battery excavator 1 is not hindered, and is set to, for example, 1 minute.
  • the diagnostic charging is characterized in that the ⁇ SOC due to charging is a predetermined value k ⁇ SOC or more.
  • the full charge capacity Q is calculated based on Equation 4 using the charge amount and ⁇ SOC.
  • ⁇ SOC is small, the error of the charge charge amount generated depending on the detection accuracy of the ammeter 203, the detection accuracy of the voltmeter, and the SOC calculation accuracy and the error of the ⁇ SOC calculation are greatly affected, and the error of the full charge capacity Q and SOHQ increases. Therefore, it is desirable that ⁇ SOC is large.
  • the predetermined value k ⁇ SOC is determined in advance from the target accuracy of the full charge capacity Q and the SOHQ, the charge charge amount, the assumed accuracy of the ⁇ SOC calculation, and the like.
  • Equation 8 the error of the full charge capacity Q and the SOHQ is expressed by Equation 8. Assuming that the target accuracy of the full charge capacity Q and SOHQ is 5% and x is 2%, the ⁇ SOC that satisfies them, that is, the predetermined value k ⁇ SOC is 38%.
  • step S110 in FIG. 4 the method of determining the diagnostic charge recommendation in step S110 in FIG. 4 will be described in detail.
  • the diagnostic charge recommendation determination unit 301 determines whether or not to recommend diagnostic charge based on the operation history of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202. More specifically, the diagnostic charge recommendation determination unit 301 calculates the current full charge capacity Q and SOHQ by the previous diagnostic charge based on the operation history of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202. It is determined whether or not the full charge capacity and the calculated value of SOHQ deviate from each other. If it is determined that there is a dissociation, the diagnostic charge recommendation determination unit 301 recommends the diagnostic charge, and if it is determined that there is no dissociation, the diagnostic charge is not recommended. A specific example of the judgment method is shown below.
  • the diagnostic charge recommendation determination unit 301 uses the operation history of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202 to indicate the start date of use of the battery shovel 1, the date of the previous diagnostic charge, and the present. Time is extracted and based on this extracted information, it is determined whether or not to recommend diagnostic charging. Since the secondary battery 201 deteriorates due to the passage of time or charging / discharging, deterioration progresses, that is, SOHQ decreases when the secondary battery 201 is used for a certain period of time or longer. In this case, the diagnostic charge recommendation determination unit 301 determines that the diagnostic charge is recommended.
  • the battery excavator 1 was used immediately after the start of use without diagnostic charging, and the current time t C is more than a predetermined time k t elapses from the start date t S of the battery excavator 1. If so, it is determined that diagnostic charging is recommended. In addition, if equation 10 is used after performing diagnostic charging at least once and a predetermined time k t or more has passed from the day t D when the current time t C performed the previous diagnostic charging, diagnostic charging is recommended. It is judged that.
  • the predetermined time k t is a predetermined time based on the deterioration transition of the secondary battery 201, and may be, for example, a value of one month, three months, six months, or more. Further, the predetermined time k t may be a constant value or may be changed according to the total operating time of the battery shovel 1. Although it depends on the method of using the secondary battery 201, the deterioration of the battery is remarkable at the start of use, and the deterioration rate gradually decreases. Therefore, for example, the predetermined time kt may be set to 2 weeks or 1 month within 1 year after the start of use, and the predetermined time kt may be set to 3 months or 6 months after 1 year of use.
  • the diagnostic charge recommendation determination unit 301 is based on the SOHQ calculation value (initial value if the diagnostic charge has not been performed) and the SOHQ change amount ⁇ SOHQ output from the battery management unit 202 at the time of the previous diagnostic charge. , Determine if diagnostic charging is recommended.
  • the SOHQ change amount ⁇ SOHQ is obtained from the current SOHQ estimated value calculated based on the operation history such as the current using the deterioration prediction function of the secondary battery 201.
  • the secondary battery deteriorates with the passage of time or with charge and discharge, and the deterioration rate depends on the usage environment such as temperature, current, and SOC. Therefore, the deterioration degree SOHQ of the secondary battery is expressed by, for example, a deterioration prediction function f (T, I, SOC, t) of temperature T, current I, SOC, and elapsed time t, and is generally a test carried out in advance. Built on the results.
  • FIG. 9 shows an explanatory diagram of ⁇ SOHQ.
  • ⁇ SOHQ Currently calculated based on the operation history from the previous diagnostic charge using the calculated value SOHQ 0 at the time of the previous diagnostic charge and the deterioration prediction function f (T, I, SOC, t) (t 0 + in Fig. 9).
  • ⁇ SOHQ be the difference between ⁇ t) and the estimated SOHQ value.
  • ⁇ SOHQ becomes a threshold value k Q1 or more, it is judged that deterioration has progressed, that is, SOHQ has decreased, and it is judged that diagnostic charging is recommended.
  • the threshold value k Q1 is a predetermined arbitrary value, and may be a value of 1%, 2%, or more.
  • the diagnostic charge recommendation determination unit 301 outputs the SOHQ calculated value at the time of the previous diagnostic charge (initial value if the diagnostic charge has not been performed) and the SOHQ calculated value at the time of normal charging, which are output from the battery management unit 202. Based on the result of analyzing the SOHQ change from (reference value), it is judged whether or not to recommend the diagnostic charge.
  • the difference between the average value SOHQ R, A (N) of the latest N points of the SOHQ calculated value (reference value) and the SOHQ calculated value SOHQ 0 at the time of the previous diagnostic charge is the threshold k Q 2 or more. At that time, it is judged that the deterioration is progressing, that is, the SOHQ is lowered, and in this case, it is judged that the diagnostic charge is recommended.
  • the N number used for the average is an arbitrary value determined in advance, and is determined from, for example, a calculation error between the SOHQ calculation value at the time of diagnostic charging and the SOHQ calculation value (reference value) at the time of normal charging. Assuming that the error of SOHQ calculation during diagnostic charging is 5% and the error of SOHQ calculation during normal charging is 20% to 25%, the error of the average value with respect to the number of samples N depends on ⁇ N, so the N number is 25 points or more is desirable.
  • outliers may be removed.
  • a Smirnov-Grabs test or a method using an interquartile range may be used.
  • the N number is determined to be 30 points.
  • 30 times of normal charging corresponds to the number of data for 2 weeks if the number of times of charging is 3 times / day and 5 working days / week.
  • the threshold value k Q2 is an arbitrary value determined in advance, and may be a value of 1%, 2%, or more.
  • the diagnostic charge recommendation determination unit 301 determines the full charge capacity of the secondary battery at the time of the previous diagnostic charge output from the battery management unit 202 or the SOHQ calculated value (if the diagnostic charge has not been performed, the second). Based on the difference between the operating SOC range calculated based on the initial value of the full charge capacity of the secondary battery or the deterioration degree of the secondary battery capacity, and the SOC range being charged calculated from the operation history of normal charging. Determine if diagnostic charging is recommended.
  • Equation 12 ⁇ SOC D in Equation 12 is the amount of SOC change due to the operation of the battery excavator 1 (discharge of the secondary battery 201) since the start of the battery excavator 1 or the completion of the previous charge. It is calculated based on the calculated value Q 0 of the full charge capacity of the secondary battery at the time of charging.
  • ⁇ SOC R and C are the full charge capacity of the secondary battery during normal charging or ⁇ SOC calculated in the process of SOHQ calculation.
  • the N number used for the average is an arbitrary value determined in advance, and is set to, for example, 30 points when the calculation error during normal charging is taken into consideration.
  • the threshold value k Q3 is an arbitrary value determined in advance, and may be a value of -1%, -2%, or less.
  • step S120 the method of determining the diagnostic charging implementation in step S120 will be described in detail.
  • the diagnostic charging execution determination unit 302 performs on-site work which is the state of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202, the estimated charging time required for diagnostic charging, and the work start time. Based on the plan, decide whether to carry out diagnostic charging.
  • the diagnostic charge execution determination unit 302 determines that the diagnostic charge is to be performed only when all the relationships of the following equations 13 and 14 are satisfied. Therefore, for example, when the relationship of the formula 13 is satisfied but the relationship of the formula 14 is not satisfied, or when the relationship of the formula 13 is not satisfied but the relationship of the formula 14 is satisfied, it is not determined that the diagnostic charge is performed.
  • the diagnostic charge is characterized in that the ⁇ SOC due to charging is a predetermined value k ⁇ SOC or more. Therefore, as shown by Equation 13, the diagnostic charge execution determination unit 302 has a preset charge SOC set value (maximum) SOC C, Max and a current SOC before charging output from the battery management unit 202. The difference ⁇ SOC C with and is calculated, and it is determined whether or not the calculated difference ⁇ SOC C is equal to or greater than the predetermined value k ⁇ SOC .
  • the diagnostic charging execution determination unit 302 has the remaining chargeable time calculated from the on-site work plan (that is, the usage start time of the secondary battery), which is the work start time in which data is registered in advance in the vehicle control unit 208. Based on the time ava and the estimated charge time time Charge, D calculated by the battery management unit 202 for the diagnostic charge, the remaining chargeable time time ava is required for the diagnostic charge as shown in Equation 14. Judge whether the estimated charge time is time Charge, D or more.
  • the remaining chargeable time time ava is calculated by the battery management unit 202 from the difference between the current time and the next work start time (from the current time to the next use start time of the secondary battery 201).
  • the estimated charge time time Charge, D required for diagnostic charging is also called the total charge time, and as shown in Equation 15, the charge time (t503) time Charge , the post-operation pause time (t502) time R, before , and the post-charge pause. It is the total value of time (t504) time R and after .
  • Charging time time Charge is calculated from, for example, the charging time using the CCCV charging method.
  • the CCCV charging method is a method in which charging is performed in the constant current mode from the start of charging, and when the SOC voltage targeted for charging is reached, charging is performed in the constant voltage mode.
  • the charging time time Charge can be simply calculated by the equation 16.
  • the charge time time Charge is calculated by the sum of the charge amount ⁇ Qc required for charging, the CC charge time time Charge, CC calculated from the charge current I C , and the CV charge time time Charge, CV .
  • CV charging time time Charge CV is a value determined in advance based on the battery performance for the purpose of being able to sufficiently charge up to the SOC set value (maximum) SOC C, Max , and is a constant value such as 1 hour. It may be a value calculated based on a function formula or Map that depends on the cell temperature and the state of the secondary battery 201 such as SOC and SOH.
  • the post-operation pause time time R, before and the post-charge pause time time R, after are obtained based on the cell temperature, the state of the secondary battery 201 of the SOC, and the pause time Map shown in FIG.
  • step S121 the ⁇ SOC calculation unit 602 of the battery management unit 202 acquires the current secondary battery charge state SOC output from the battery management unit 202, and further sets it in advance using the equation 13. Based on the SOC set value (maximum) SOC C, Max of the charge to be performed and the acquired SOC, ⁇ SOC C is calculated.
  • step S122 the diagnostic charge execution determination unit 302 acquires the ⁇ SOC C calculated by the ⁇ SOC calculation unit 602, and determines whether or not the acquired ⁇ SOC C is equal to or greater than the predetermined value k ⁇ SOC . If it is determined that ⁇ SOC C is equal to or greater than the predetermined value k ⁇ SOC , the control process proceeds to step S123. In step S123, the remaining chargeable time time ava and the estimated charge time time Charge and D required for diagnostic charging are calculated, respectively. In step S124 following step S123, the diagnostic charge execution determination unit 302 determines whether or not the calculated time ava is equal to or greater than time Charge, D. When it is determined that the time ava is time Charge, D or more, the diagnostic charge execution determination unit 302 finally determines that the diagnostic charge can be executed (in other words, the diagnostic charge is executed) (step S125). reference).
  • step S122 determines whether ⁇ SOC C is smaller than the predetermined value k ⁇ SOC , or if it is determined in step S124 that time ava is smaller than time Charge, D .
  • the diagnostic charge execution determination unit 302 is used for diagnosis. It is finally determined that charging is not possible (in other words, diagnostic charging is not performed) (see step S126).
  • step S124 described above since the cell temperature of the secondary battery is low, the estimated charge time time Charge, D required for diagnostic charging becomes long, and when diagnostic charging cannot be performed, the cell temperature is raised by warm-up operation. You may let me. In that case, the control process of FIG. 11 is obtained by adding the warm-up process to the control process of FIG. 10 (see FIG. 11).
  • step S124 when it is determined in step S124 that time ava is smaller than time Charge, D , the control process proceeds to step S210, and it is determined whether or not warm-up can be performed.
  • the target value (target temperature) T D calculation of the cell temperature and the remaining energy amount based on SOC.
  • the target temperature T D is a temperature at which the estimated charge time time Charge, D required for diagnostic charging and the remaining chargeable time time ava satisfy the relationship of Equation 14.
  • step S210 If it is determined in step S210 that warm-up can be performed, the control process proceeds to step S220.
  • step S220 the target temperature T D in the warm-up operation is set.
  • step S230 following step S220 the diagnostic charge execution determination unit 302 determines whether or not the cell temperature T C is larger than the target temperature T D. If it is determined that the cell temperature T C is larger than the target temperature T D , the control process proceeds to step S125 described above, and it is determined that diagnostic charging can be performed.
  • step S230 determines whether the cell temperature T C is equal to or lower than the target temperature T D . If it is determined in step S230 that the cell temperature T C is equal to or lower than the target temperature T D , the control process proceeds to step S240 and the warm-up operation is performed. Such warm-up operation is repeated until the cell temperature T C reaches the target temperature T D. If it is determined in step S210 that warm-up cannot be performed, the control process proceeds to step S126 described above, and it is determined that diagnostic charging cannot be performed.
  • the battery DC resistance is calculated from the amount of voltage change after a predetermined time when a constant current load is applied to the state after voltage stabilization in a predetermined SOC.
  • the predetermined SOC is the SOC after the pause time after operation, and is calculated from the amount of voltage change after the predetermined time when the charging load is applied during the charging time of the secondary battery.
  • An example of the calculation formula is shown in Equation 17.
  • the charge DC resistance (5th second) DCR Charge, 5 is calculated from the voltage change amount ⁇ V Charge, 5 5 seconds after the start of charging and the charge load I Charge .
  • SOHR is calculated as the ratio of the current battery DC resistance (resistance deterioration degree), with the initial battery DC resistance at the charging start SOC as 100%. Since the DC resistance depends on the cell temperature and SOC, the initial battery DC resistance is the battery DC resistance Map (initial) created in advance with the cell temperature and SOC as parameters, and the current cell temperature and SOC to be acquired. It is calculated based on.
  • the controller 300 is a diagnostic charging recommendation determination unit that determines whether or not diagnostic charging is recommended based on the operation history of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202.
  • the on-site work plan consists of the state of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202, the estimated charging time required for diagnostic charging, and the next work start time. Since it has a diagnostic charging execution determination unit 302 that determines whether or not to perform diagnostic charging based on the above, diagnostic charging with a pause time is performed only when it is determined that diagnostic charging is recommended. By doing so, it is possible to reduce the number of diagnostic charges having a long total charging time.
  • the risk of hindering the on-site work plan can be reduced.
  • the battery management unit 202 calculates the charge rate SOC before and after charging based on the operation history of the secondary battery 201, and is based on the calculated charge rate SOC before and after charging and the charge charge amount ⁇ Q of the secondary battery 201. Since the full charge capacity Q of the secondary battery or the deterioration degree SOHQ of the secondary battery capacity is further calculated, the full charge capacity or SOHQ can be calculated accurately.
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing a battery system of the battery shovel according to the second embodiment. As shown in FIG. 12, the battery system according to the present embodiment is different from the battery system according to the first embodiment in that the monitor display device 212 is further provided.
  • the monitor display device 212 displays a charging mode selection screen or the like created by the vehicle control unit 208.
  • the charge mode selection screen created by the vehicle control unit 208 is created based on the determination result of the diagnostic charge recommendation determination unit 301, the determination result of the diagnostic charge execution determination unit 302, and the calculation result of the battery management unit 202. It is a thing.
  • FIG. 13 is a functional block diagram showing a controller provided in the vehicle control unit of the second embodiment.
  • the controller 300A of the present embodiment further includes a charge end time calculation unit 304, a monitor display creation unit 305, and a selection content determination unit 306.
  • FIG. 14 is a flowchart showing charge control for the secondary battery in the second embodiment.
  • the control process shown in FIG. 14 is started in a state where the charging operation of the battery shovel 1 is started, for example, by connecting a current cable.
  • step S310 the diagnostic charge recommendation determination unit 301 determines whether or not to recommend diagnostic charge based on the operation history of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202.
  • the specific determination method is the same as that described in the first embodiment. Then, if it is determined that diagnostic charging is recommended, the control process proceeds to step S320.
  • step S320 the diagnostic charge execution determination unit 302 diagnoses based on the on-site work plan including the state of the secondary battery 201 output from the battery management unit 202, the estimated charge time required for diagnostic charge, and the work start time. Determine whether or not to carry out charging.
  • the specific determination method is the same as that described in the first embodiment. If it is determined that the diagnostic charge can be performed, the control process proceeds to step S330.
  • step S330 the charging time is calculated.
  • the battery management unit 202 calculates the estimated charging time required for normal charging and diagnostic charging, respectively, based on the above equations 15 and 16.
  • step S340 the charging mode selection screen monitor display is performed.
  • the charging mode selection here is the selection of "normal charging” or "diagnostic charging”. Specifically, first, the charge end time calculation unit 304 charges the normal charge and the diagnostic charge based on the current time and the estimated charge time required for the normal charge and the diagnostic charge calculated by the battery management unit 202. Calculate the end time respectively. Next, the monitor display creation unit 305 creates a monitor screen that displays the charge end time of the normal charge and the diagnostic charge calculated by the charge end time calculation unit 304, and displays it on the monitor display device 212.
  • step S350 the charging mode is selected.
  • an operator such as an operator or a maintenance serviceman is asked to select a charging mode displayed on the monitor display device 212.
  • the selection content determination unit 306 determines the selected content and commands the charger control unit 303. Is issued. As a result, diagnostic charging is performed (see step S360).
  • step S310 when it is determined in step S310 that diagnostic charging is not recommended, or when it is determined in step S320 that diagnostic charging is not performed, or in step S340, the operator "2. Normal charging" (see FIG. 15). ) Is selected, the selection content determination unit 306 determines the selected content and issues a command to the charger control unit 303. As a result, normal charging is performed (see step S370).
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a display screen and a selection flow of a monitor display device.
  • first after alerting the operator by displaying, for example, "It is the recommended time to carry out diagnostic charging” on the display screen (selection screen) 2121 of the monitor display device 212.
  • the charging mode of "1. Diagnostic charging” or “2. Normal charging” is displayed and the operator is asked to select it.
  • “1. Diagnostic charging” in addition to the recommended notation, the required estimated charging time is also shown.
  • the screen of the monitor display device 212 changes to the diagnostic charging execution confirmation screen 2122.
  • the charging end time of the diagnostic charge is displayed on the diagnostic charge execution confirmation screen 2122, and the operator is asked to select whether or not to start charging based on the work plan.
  • charging start that is, Yes
  • diagnostic charging is performed, and the display screen of the monitor display device 212 changes to the diagnostic charging execution screen 2123.
  • the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, and even when it is determined that the diagnostic charge is to be carried out, the final execution decision of the diagnostic charge or the normal charge is performed. Since it is configured so that the person can make the final implementation decision, it is possible to improve the ability to respond to the situation at the site.
  • the final execution decision of the diagnostic charge or the normal charge is left to the operator even when it is determined to carry out the diagnostic charge, it is determined that the diagnostic charge is to be carried out. If the operator wants to diagnose the state of the secondary battery 201 even if it is done, a command is issued to the battery management unit 202 and the vehicle control unit 208 by on-site operation or remote operation through an external computer or the like for diagnosis. Charging may be performed arbitrarily.
  • Battery excavator (electric work machine) 201 Rechargeable Battery 202 Battery Management Unit 203 Current Meter 204, 209, 210, 211 Communication Line 205 Charger 206 Motor 207 Inverter 208 Vehicle Control Unit 212 Monitor Display Device 300, 300A Controller 301 Diagnostic Charging Recommended Judgment Unit 302 Diagnostic Charging Implementation judgment unit 303 Charger control unit 304 Charge end time calculation unit 305 Monitor display creation unit 306 Selection content judgment unit 601 Charge amount calculation unit 602 ⁇ SOC calculation unit 603 Battery capacity calculation unit 604 SOHQ calculation unit

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Abstract

電動作業機械であるバッテリショベル１は、二次電池２０１と、二次電池２０１を管理する電池管理ユニット２０２と、二次電池２０１に対し通常充電又は診断用充電を制御するコントローラ３００とを備える。コントローラ３００は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池の稼働履歴に基づいて診断用充電を推奨するか否かを判断する診断用充電推奨判断部３０１と、推奨すると判断された場合、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池の状態、診断用充電に必要な充電推定時間および作業開始時間からなる現場作業計画に基づいて、診断用充電を実施するか否かを判断する診断用充電実施判断部３０２とを有する。

Description

電動作業機械
　本発明は、二次電池を有する電動作業機械に関する。
　本願は、２０２０年７月２９日に出願された日本国特願２０２０－１２８００３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、建設機械等の作業機械に搭載された動力源を電動化する取り組みがなされている。動力源の電動化は、電力を蓄える蓄電装置を電源とし、蓄電装置から供給された電力で作業機械に搭載された電動モータを駆動することにより実現されている。蓄電装置として、リチウムイオン電池、鉛電池、NAS電池、レドックスフロー電池等の二次電池に加えて、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタといった蓄電素子が挙げられるが、二次電池が特に注目されている。
　電動作業機械（バッテリショベル、プラグインハイブリッドショベル等）に搭載された二次電池を管理するための電池管理ユニットは、二次電池の満充電容量を演算したり、残稼働時間や残走行距離を演算したり、二次電池の劣化度（State of Health: SOH）を診断したりすることができる。そして、二次電池の満充電容量の演算方法としては、例えば特許文献１に記載のように、充電中に少なくとも２回以上設けられた休止時間中において、充電後の電圧変化から開回路電圧（Open Circuit Voltage: OCV）を推定し、推定したOCVから求めた充電率（State of Charge: SOC）と充電電荷量により演算される。
特開２０１３－０７０５３４号公報
　しかし、特許文献１に記載の電動作業機械では、休止時間を設けることで二次電池の満充電容量又は二次電池容量の劣化度であるSOHQの演算誤差を小さくすることができるが、休止時間を設けることに起因して充電の総時間が長くなってしまい、現場の運用によっては作業計画に支障を与える可能性がある。
　本発明の目的は、作業計画に支障を与えることを防止できる電動作業機械を提供することにある。
　本発明に係る電動作業機械は、二次電池を有する電動作業機械において、前記二次電池を管理する電池管理ユニットと、前記二次電池に対し、充電中に休止時間を設けない通常充電、又は充電中に休止時間を設ける診断用充電を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記電池管理ユニットから出力される二次電池の稼働履歴に基づいて、診断用充電を推奨するか否かを判断する診断用充電推奨判断部と、診断用充電を推奨すると判断された場合、前記電池管理ユニットから出力される二次電池の状態、診断用充電に必要な充電推定時間および作業開始時間からなる現場作業計画に基づいて、診断用充電を実施するか否かを判断する診断用充電実施判断部と、を有することを特徴としている。
　本発明に係る電動作業機械では、コントローラは、電池管理ユニットから出力される二次電池の稼働履歴に基づいて診断用充電を推奨するか否かを判断する診断用充電推奨判断部と、診断用充電を推奨すると判断された場合、電池管理ユニットから出力される二次電池の状態、診断用充電に必要な充電推定時間および作業開始時間からなる現場作業計画に基づいて診断用充電を実施するか否かを判断する診断用充電実施判断部とを有するので、休止時間を設ける診断用充電を、診断用充電を推奨すると判断された場合に限定して実施することで、充電総時間の長い診断用充電の回数を低減することができる。しかも、現場作業計画を考慮し、診断用充電の充電総時間が確保できる時に限定して診断用充電を実施することで、現場作業計画に支障が出るリスクを低減することができる。その結果、電動作業機械の作業計画に支障を与えることを防止できる。
　本発明によれば、電動作業機械の作業計画に支障を与えることを防止できる。
第１実施形態に係るバッテリショベルの外観を示す斜視図である。 第１実施形態に係るバッテリショベルの電池システムを示す構成図である。 車両制御ユニットに設けられたコントローラを示す機能ブロック図である。 二次電池に対する充電制御を示すフローチャートである。 診断用充電における電池電圧および充電休止信号の時間変化の一例を示す図である。 電池管理ユニットにおける満充電容量およびSOHQの演算を示すブロック図である。 開回路電圧OCVと充電率SOCとの関係を示すテーブルである。 休止時間の設定テーブルである。 ΔSOHQの説明図である。 診断用充電実施判断を示すフローチャートである。 診断用充電実施判断を示す他のフローチャートである。 第２実施形態に係るバッテリショベルの電池システムを示す構成図である。 第２実施形態の車両制御ユニットに設けられたコントローラを示す機能ブロック図である。 第２実施形態における二次電池に対する充電制御を示すフローチャートである。 モニタ表示装置の表示画面および選択フローの一例を説明する図である。
　以下、図面を参照して本発明に係る電動作業機械の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複説明を省略する。また、以下の説明では、電動作業機械としてバッテリ式油圧ショベル（以下、バッテリショベルという）の例を挙げるが、本発明はバッテリショベルに限定されず、プラグインハイブリッドショベル等の電動作業機械にも適用される。
［第１実施形態］
　図１は第１実施形態に係るバッテリショベルの外観を示す斜視図である。図１に示すように、バッテリショベル１は、ブーム１０１、アーム１０２およびバケット１０３を有する多関節型の作業装置１０４と、上部旋回体１０５および下部走行体１０６を有する車体１０７とを備えている。ブーム１０１は、上部旋回体１０５に回動可能に支持されており、ブームシリンダ（油圧シリンダ）１０８により駆動される。アーム１０２は、ブーム１０１に回動可能に支持されており、アームシリンダ（油圧シリンダ）１０９により駆動される。バケット１０３は、アーム１０２に回動可能に支持されており、バケットシリンダ（油圧シリンダ）１１０により駆動される。
　上部旋回体１０５は旋回モータ（電動モータ）により旋回駆動され、下部走行体１０６は左右の走行モータ（油圧モータ）１１１により駆動される。ブームシリンダ１０８、アームシリンダ１０９、バケットシリンダ１１０および走行モータ１１１は、油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される。
　図２は第１実施形態に係るバッテリショベルの電池システムを示す構成図である。電池システム２００は、バッテリショベル１に搭載されており、二次電池２０１と、二次電池２０１の状態を監視するための電池管理ユニット（Battery Management Unit: BMU）２０２と、二次電池２０１に流れる電流を検出するための電流計２０３と、二次電池２０１および電池管理ユニット２０２を結ぶ通信線２０４と、二次電池２０１を充電するための充電器２０５と、二次電池２０１の電力によって動力を発生するモータ２０６と、二次電池２０１からの直流電力を交流電力に変換しつつモータ２０６を制御するインバータ２０７と、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の状態などの情報に基づいて充電器２０５やインバータ２０７を制御する車両制御ユニット（Vehicle Control Unit: VCU）２０８と、電池管理ユニット２０２および車両制御ユニット２０８を接続する通信線２０９と、充電器２０５および車両制御ユニット２０８を接続する通信線２１０と、インバータ２０７および車両制御ユニット２０８を接続する通信線２１１と、を備えている。
　二次電池２０１は、例えば複数の単電池から構成される電池モジュールの集合体、いわゆる組電池である。電池モジュールは、複数の単電池を直列接続して箱の中に収められている。電池モジュールは更に直列又は並列に接続され、組電池の一構成要素になる。本実施形態では、二次電池には入出力およびエネルギー密度の高いリチウムイオン電池が用いられる。図２に示す二次電池２０１は、電池モジュールを直列接続しているが、直並列の構成であっても良い。なお、その場合には、電池管理ユニット２０２と電流計２０３を直列毎に用意するものとする。そして、二次電池２０１は、各電池の電圧を監視しており、通信線２０４を介して電池管理ユニット２０２に定期的に電圧値を送信するように構成されている。
　電池管理ユニット２０２は、ハードウェア構成として、各種の制御プログラムを実行するための演算処理部（例えば、CPU）、当該制御プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶部（例えば、ROM、RAM）等を備えている。電池管理ユニット２０２は、例えば二次電池２０１の稼働履歴を記憶し、管理している。二次電池２０１の稼働履歴には、二次電池２０１の充電履歴、放電履歴、現在時間、温度等の情報が含まれている。
　また、電池管理ユニット２０２は、二次電池２０１から取得した各電池の電圧と、電流計２０３を介して取得した電流等に基づいて、二次電池２０１の満充電容量を演算する。満充電容量の演算方法は後述する。また、この電池管理ユニット２０２は、演算した二次電池の満充電容量に基づいて、二次電池２０１全体の充電率SOCおよび劣化度SOH、各電池モジュールおよび個別電池のSOCおよびSOHをそれぞれ演算する。更に、電池管理ユニット２０２は二次電池容量の劣化度であるSOHQを演算することができる。二次電池容量の劣化度であるSOHQは例えば下記式１、充電率SOCは例えば下記式２に基づいて演算される。
　　SOHQ(%)=100×現在の満充電容量(Ah)/初期の満充電容量(Ah)　　　　　（式１）
　　SOC(%)＝100-100×満充電からの放電量(Ah)/現在の満充電容量(Ah)　　（式２）
　また、電池管理ユニット２０２には、二次電池２０１の仕様情報として無負荷時の電池電圧OCV［V］が記憶されている。OCVの値は二次電池の充電状態（すなわち、充電率SOC）に応じて変化するので、本実施形態における電池管理ユニット２０２は、SOCとOCVの関係をテーブルの形式で記憶している。なお、SOCの演算方法として、式２の他に、取得した電池電圧、又はOCV推定値とSOCとOCVの関係テーブルとを用いる手法もある。
　電流計２０３として、例えばシャント抵抗を利用したものや、ホール素子を利用したものを適用することができる。電流計２０３により検出された電流値は、電池管理ユニット２０２に出力される。通信線２０４としては、LIN（Local Interconnect Network）やCAN（Controller Area Network）などを使うことができる。
　充電器２０５は、二次電池２０１の充電を行うためのものであり、二次電池２０１に接続されている。充電器２０５の形態としては、バッテリショベル１に搭載されたものであっても良く、バッテリショベル１の外部に独立して設置されたものであっても良い。充電器２０５の充電方式には、例えばCCCV充電（Constant-Current Constant-Voltage：定電流－定電圧充電）やパルス充電方式がある。CCCV充電方式は、充電開始から定電流モードで充電を行い、充電の目標とする電圧に到達したら、定電圧モードで充電を行う方式である。一方、パルス充電では、ある所定の時間（例えば、数秒周期）毎にパルス電流を入力し、充電の目標とする電圧まで充電を行う方式である。
　本実施形態において、充電器２０５は、車両制御ユニット２０８から出力される信号に基づいて二次電池２０１への充電を開始又は停止し、二次電池２０１が満充電になると自動的に停止するように構成されている。なお、充電休止信号に代替する構成としては、既存の充電器にリレーを繋げて、そのスイッチを制御するものがある。車両制御ユニット２０８からの制御の通信線２１０はCANを利用しても良く、スイッチのON/OFF状態を示す電圧線（充電器２０５による充電が開始したことを示す信号（充電開始信号）を充電器２０５から車両制御ユニット２０８へ送るための１本と、車両制御ユニット２０８から充電器２０５へ充電休止信号を送るための１本の計２本）としても良い。
　モータ２０６は、例えば上述の上部旋回体１０５を旋回駆動するための旋回モータである。
　図３は車両制御ユニットに設けられたコントローラを示す機能ブロック図である。図３に示すように、車両制御ユニット２０８には、コントローラ３００が設けられている。コントローラ３００は、電池管理ユニット２０２からの情報に基づいて診断用充電推奨判断と診断用充電実施判断とを行い、判断結果に基づいて二次電池２０１への充電制御を行う。このコントローラ３００は、診断用充電推奨判断部３０１と、診断用充電実施判断部３０２と、充電器制御部３０３とを有する。
　診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２からの情報に基づいて診断用充電を推奨するか否かを判断する。具体的には、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の稼働履歴に基づき、診断用充電を推奨するか否かを判断する。そして、診断用充電推奨判断部３０１は、その判断した結果を診断用充電実施判断部３０２および充電器制御部３０３にそれぞれ出力する。
　診断用充電実施判断部３０２は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の状態、診断用充電に必要な充電推定時間、および次回の作業開始時間である現場作業計画に基づき、診断用充電を実施するか否かを判断する。そして、診断用充電実施判断部３０２は、その判断した結果を充電器制御部３０３に出力する。
　充電器制御部３０３は、充電器２０５を介して二次電池２０１への充電モードを制御する。二次電池２０１への充電モードは、通常充電と診断用充電とを少なくとも有する。通常充電とは、特に制限等を設けない充電モードであって、具体的には充電中に休止時間を設けないものである。一方、診断用充電とは、充電中に休止時間を設ける充電モードである。本実施形態では、診断用充電は充電の前後に予め設定された休止時間を設ける充電であることが好ましく、充電の前後に予め設定された休止時間を設けることに加えて、充電によるΔSOCが所定値以上であることが更に好ましい。このようにすれば、二次電池２０１の満充電容量およびSOHQ等の演算誤差を抑制することができる。なお、ΔSOCは充電前後のSOC変化量である。
　次に、図４を基に二次電池２０１に対する充電制御を説明する。図４に示す制御処理は、バッテリショベル１の充電操作を開始した状態、例えば電流ケーブル接続することで開始される。
　まず、ステップＳ１１０では、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の稼働履歴に基づき、診断用充電を推奨するか否かを判断する。二次電池２０１の稼働履歴は、例えば充電履歴、放電履歴、現在時間、温度等である。なお、具体的な判断方法は後述する。診断用充電を推奨すると判断された場合、制御処理はステップＳ１２０に進む。
　ステップＳ１２０では、診断用充電実施判断部３０２は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の状態、診断用充電に必要な充電推定時間、および作業開始時間である現場作業計画に基づき、診断用充電を実施するか否かを判断する。具体的な判断方法は後述する。ここでの二次電池２０１の状態としては、二次電池２０１の充電状態、二次電池２０１の温度状態等が挙げられる。診断用充電を実施すると判断された場合、制御処理はステップＳ１３０に進む。
　ステップＳ１３０では、充電器制御部３０３は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の状態などの情報に基づき、診断用充電パタンを作成し、作成した充電パタンで充電器２０５を介して二次電池２０１への診断用充電を制御する。
　一方、ステップＳ１１０において診断用充電を推奨しないと判断された場合、あるいはステップＳ１２０において診断用充電を実施しないと判断された場合、制御処理はステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、充電器制御部３０３は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の状態などの情報に基づいて充電電流を決定し、充電器２０５を介して二次電池２０１への通常充電を制御する。
　ここでは、図５を基に診断用充電を詳細に説明する。図５は診断用充電における電池電圧および充電休止信号の時間変化の一例を示す図である。
　図５に示すように、診断用充電では、充電の前後に予め設定された休止時間が設けられている。具体的には、二次電池２０１の放電時間（言い換えれば、バッテリショベル１の稼働時間）ｔ５０１の後で、かつ二次電池２０１を充電する前に一定の稼働後休止時間ｔ５０２が設けられる。稼働後休止時間ｔ５０２の後に、二次電池２０１を充電時間ｔ５０３で充電する。充電時間ｔ５０３の後に一定の充電後休止時間ｔ５０４が更に設けられる。なお、通常充電では、診断用充電のように稼働後休止時間ｔ５０２および充電後休止時間ｔ５０４といった休止時間が設けられない。
　図５では充電時間ｔ５０３を１回とした例を示しているが、充電時間を設ける回数は限定されない。例えば、稼働後休止時間ｔ５０２の後に、予備充電時間を設けても良い。この予備充電時間の後に、本充電(すなわち、充電時間ｔ５０３)を実施する。
　次に、電池管理ユニット２０２による二次電池の満充電容量およびSOHQの演算について説明する。
　診断用充電では、電池管理ユニット２０２は、充電中の電流などの稼働履歴データに基づいて二次電池２０１の満充電容量およびSOHQを演算する。一方、通常充電も同様に電池管理ユニット２０２は、充電中の電流などの稼働履歴データに基づいて二次電池２０１の満充電容量およびSOHQを演算する。そして、電池管理ユニット２０２は、診断用充電時において、診断用充電の稼働履歴に基づいて演算される満充電容量およびSOHQを現在の二次電池２０１の状態値として処理する。診断用充電の稼働履歴には、診断用充電時における二次電池２０１の充電電流のほか、充電履歴、放電履歴、現在時間、温度等も含まれる。一方、通電充電時においては、電池管理ユニット２０２は、通常充電の稼働履歴に基づいて演算される満充電容量およびSOHQを参照値として処理する。通常充電の稼働履歴には、通常充電時における二次電池２０１の充電電流のほか、充電履歴、放電履歴、現在時間、温度等も含まれる。
　図６は電池管理ユニット２０２における満充電容量およびSOHQの演算を示すブロック図である。図６に示すように、電池管理ユニット２０２は、充電量演算部６０１、ΔSOC演算部６０２、電池容量演算部６０３およびSOHQ演算部６０４を有する。充電量演算部６０１は、電流計２０３を介して取得した電流Iを用いて、式３に基づいて充電電荷量ΔQを演算し、演算した結果を電池容量演算部６０３に出力する。
　　充電電荷量ΔQ(Ah)=∫Idt　　　　　（式３）
　ΔSOC演算部６０２は、充電前後のSOC変化量ΔSOCを演算し、演算した結果を電池容量演算部６０３に出力する。電池容量演算部６０３は、充電電荷量ΔQとSOC変化量ΔSOCとを用いて、式４に基づいて現在の満充電容量Q（図６のＱ１参照）を演算する。
　　現在の満充電容量Q(Ah) = 充電電荷量ΔQ × 100/SOC変化量ΔSOC 　　（式４）
　SOHQ演算部６０４は、現在の満充電容量Q（図６のＱ１参照）と初期満充電容量Q0とを用いて、上記式１に基づいてSOHQを演算する。
　ここで、充電前後のSOC変化量ΔSOCの演算方法について、図７のテーブルを用いて説明する。
　図７は開回路電圧OCVと充電率SOCとの関係を示すテーブルである。このテーブルは、例えば電池管理ユニット２０２の記憶部に記憶されている。初めに、電池管理ユニット２０２は、二次電池２０１の稼働履歴に基づいて稼働後休止時間ｔ５０２終了時のOCV（OCV1）を推定し（推定手法は後述する）、推定したOCV1から図７のテーブルを用いて充電前のSOC(SOC1)を見積る。例えば、推定したOCV1が３．２Ｖである場合、SOC１は２０％になる。
　次に、電池管理ユニット２０２は、二次電池２０１の稼働履歴に基づいて充電後休止時間ｔ５０４終了時のOCV（OCV2）を推定し、推定したOCV2から図７のテーブルを用いて充電後のSOC(SOC2)を見積る。次に、電池管理ユニット２０２は、充電前後のSOC1、SOC2の差分を取ることでΔSOCを演算する。
　なお、OCVを推定する手法の一例として、電池等価回路モデルを用いる手法が挙げられる。OCVは、例えば式５に基づいて求められる。式５において、R0は内部抵抗、VP1は分極による電圧降下、CCVは閉回路電圧（Closed Circuit Voltage）を示す。VP1は二次電池の電気化学反応に起因するOCVとの電圧ずれで、例えば式６のように一時遅れの式で示される。Rp1は分極抵抗、tは経過時間、τは分極時定数を示す。式６では一時遅れのパラメータは１つであるが複数であっても良い。そして、電池管理ユニット２０２は、電池特性評価により事前に作成されたR0、Rp1、τのパラメータテーブル、電流などの稼働履歴データ、および式５～６から求められる式７を用いてOCVを演算する。
　　OCV(V) = CCV - I×R0 - VP1　　　（式５）
　　VP1(V)= I×RP1×{1 - exp((-t)/τ)}　　（式６）
　　OCV(V) = CCV - I×R0 - I×RP1×{1 - exp((-t)/τ)}　　（式７）
　上述では、ΔSOCの演算に充電前後のOCVを用いた計算方法を示したが、OCVに代えて稼働後休止時間ｔ５０２終了時や充電後休止時間ｔ５０４終了時の電圧値を使用しても良い。
　なお、診断用充電において、稼働後休止時間ｔ５０２および充電後休止時間ｔ５０４の休止時間の設定値は、式７を用いてOCVを精度良く演算するに十分な時間、又は二次電池の充電前後に二次電池２０１内部の分極が充分緩和してOCVが収束する時間であるのが望ましく、事前にテーブル形式で作成され、電池管理ユニット２０２の記憶部に記憶させておくことが好ましい。
　また、稼働後休止時間ｔ５０２および充電後休止時間ｔ５０４の休止時間は、温度又はSOCによって変化することが考えられるので、例えば図８に示すテーブルのように設定することができる。図８では、所定の温度範囲、SOC範囲における休止時間の設定値を示しているが、温度範囲のみ、あるいはSOC範囲のみのテーブルであっても良い。図８の休止時間の設定値は、事前の試験により決定された値でも良く、また式６の分極時定数τに基づく値でも良い。分極時定数τは、二次電池２０１内部の分極が緩和するまでの時間と相関がある。分極時定数τの時間経過すると分極電圧の６７％、分極時定数τの３倍時間が経過すると、分極電圧の９９．５％は解消される。
　なお、通常充電では稼働後休止時間および充電後休止時間について、診断用充電のように長時間の休止時間は無いが、短時間の休止時間を設けることができる。通常充電用の休止時間は、バッテリショベル１の運用に支障が無い前提で予め設定される値であり、例えば１分とする。
　また、診断用充電では、充電によるΔSOCが所定値kΔSOC以上であることを特徴とする。満充電容量Qは、充電電荷量とΔSOCを用いて式４に基づいて演算される。ΔSOCが小さいと、電流計２０３の検出精度、電圧計の検出精度、SOC演算精度に依存して発生する充電電荷量やΔSOC演算の誤差の影響が大きく、満充電容量QおよびSOHQの誤差が増加するため、ΔSOCは大きい方が望ましい。所定値kΔSOCは、満充電容量QおよびSOHQの目標精度、および充電電荷量やΔSOC演算の想定精度などから予め決定される。例えば、簡易的に充電電荷量の誤差を無視し、ΔSOC演算の誤差がｘ％とすると、満充電容量QおよびSOHQの誤差は式８で表される。満充電容量QおよびSOHQの目標精度が５％、ｘが２％とすると、それを満たすΔSOC、すなわち所定値kΔSOCは３８％になる。
　　(ΔQ/ΔSOC - (ΔQ/(ΔSOC - x))) / (ΔQ/ΔSOC) ×100 = -x/(ΔSOC - x) × 100　　　　（式８)
　次に、図４におけるステップＳ１１０の診断用充電推奨の判断方法について詳細に説明する。
　上述したように、ステップＳ１１０では、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の稼働履歴に基づいて、診断用充電を推奨するか否かを判断する。より具体的には、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の稼働履歴に基づいて、現在の満充電容量QおよびSOHQが前回の診断用充電により演算された満充電容量およびSOHQの演算値から乖離しているか否かを判断する。乖離していると判断した場合、診断用充電推奨判断部３０１は診断用充電を推奨し、乖離していないと判断した場合、診断用充電を推奨しない。以下にその判断方法の具体例を示す。
[推奨判断方法１]
　推奨判断方法１では、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の稼働履歴からバッテリショベル１の使用開始日、前回診断用充電を実施した日、および現在時間を抽出し、抽出したこれらの情報に基づき、診断用充電を推奨するか否かを判断する。二次電池２０１は時間経過又は充放電することにより劣化するため、一定期間以上使用すると劣化が進行し、すなわちSOHQが低下する。この場合、診断用充電推奨判断部３０１は診断用充電を推奨すると判断する。
　式９に示すように、バッテリショベル１の使用開始直後で診断用充電が未実施の状態で使用され、現在時間tCがバッテリショベル１の使用開始日tSから所定時間kt以上が経過した場合、診断用充電を推奨すると判断される。また、診断用充電を１回以上実施した後で式１０を使用し、現在時間tCが前回診断用充電を実施した日tDから所定時間kt以上が経過した場合、診断用充電を推奨すると判断される。
　　tC - tS ≧ kt　　　　　　（式９）
　　tC - tD≧kt　　　　　　　（式１０）
　所定時間ktは、二次電池２０１の劣化推移に基づいて予め定められた時間であり、例えば１ヶ月、３ヶ月、半年、又はそれ以上の値でも良い。また、所定時間ktは一定値でも良く、バッテリショベル１の総稼働時間に応じて変化しても良い。二次電池２０１の使用方法にも依存するが、電池劣化は使用開始時の劣化が顕著で、徐々に劣化速度は低減する。そのため、例えば使用開始１年以内は所定時間ktを２週間又は１ヶ月、使用開始１年以降は所定時間ktを３ヶ月又は半年としても良い。
[推奨判断方法２]
　推奨判断方法２では、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される前回診断用充電時のSOHQ演算値(診断用充電未実施なら初期値)およびSOHQ変化量ΔSOHQに基づいて、診断用充電を推奨するか否かを判断する。SOHQ変化量ΔSOHQは、二次電池２０１の劣化予測関数を用いて電流などの稼働履歴に基づいて演算した現在のSOHQ推定値から求められる。
　二次電池は、時間経過又は充放電することで劣化し、劣化速度は温度、電流、SOCなどの使用環境に依存する。そのため、二次電池の劣化度SOHQは、例えば温度Ｔ、電流Ｉ、SOC、経過時間ｔの劣化予測関数f(T,I,SOC,t)で表され、一般的に事前に実施される試験結果に基づいて構築される。
　図９にΔSOHQの説明図を示す。前回診断用充電時の演算値SOHQ0と、劣化予測関数f(T,I,SOC,t)を用いて前回診断用充電からの稼働履歴に基づいて演算される現在(図９のt0+Δt)のSOHQ推定値との差分をΔSOHQとする。本推奨判断方法では、ΔSOHQが閾値kQ1以上になったとき、劣化が進行し、すなわちSOHQが低下していると判断し、診断用充電を推奨すると判断される。閾値kQ1は、予め決められた任意の値であり、１％又は２％あるいはそれ以上の値であっても良い。
[推奨判断方法３]
　推奨判断方法３では、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される前回診断用充電時のSOHQ演算値(診断用充電未実施なら初期値)および通常充電時のSOHQ演算値(参照値)からSOHQ変化を分析した結果に基づいて、診断用充電を推奨するか否かを判断する。
　式１１に示すように、SOHQ演算値(参照値)の最新N点の平均値SOHQR,A(N)と前回診断用充電時のSOHQ演算値SOHQ0との差が閾値kQ2以上になったとき、劣化が進行し、すなわちSOHQが低下していると判断し、この場合は診断用充電を推奨すると判断される。
　　SOHQR,A(N) - SOHQ0≧kQ2　　　　（式１１）
　通常充電では、分極緩和に必要な休止時間が十分ではないため、通常充電時のSOHQ演算値(参照値)は誤差およびばらつきが大きい。そのため、前回診断用充電からのSOHQ変化を分析するには最新N点の平均値を取る。平均に用いるN数は、予め決められた任意の値であり、例えば診断用充電時のSOHQ演算値と通常充電時のSOHQ演算値(参照値)の演算誤差から決定される。診断用充電時のSOHQ演算の誤差は５％、通常充電時のSOHQ演算の誤差は２０％～２５％とすると、サンプル数Nに対する平均値の誤差は√Nに依存する点から、N数は２５点以上が望ましい。
　また、平均値を計算する際、外れ値を除去しても良い。外れ値を判断する方法は、スミルノフ・グラブス検定又は四分位範囲を利用する方法などが用いられても良い。上述の内容を考慮した場合、例えばN数を30点と決定する。通常充電３０回は、充電回数３回／日、５稼働日／週とすると２週間分のデータ数に相当する。閾値kQ2は、予め決められた任意の値であり、１％又は２％あるいはそれ以上の値であっても良い。
[推奨判断方法４]
　推奨判断方法４では、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される前回診断用充電時の二次電池の満充電容量又はSOHQ演算値(診断用充電未実施の場合、二次電池満充電容量又は二次電池容量の劣化度の初期値)に基づいて演算される稼働中のSOC範囲、および通常充電の稼働履歴から演算される充電中のSOC範囲の差異に基づいて、診断用充電を推奨するか否かを判断する。
　具体的には、式１２を用いて説明する。式１２のΔSOCDはバッテリショベル１の起動又は前回の充電完了後からバッテリショベル１稼働(二次電池２０１の放電)によるSOC変化量であり、稼働による放電電荷量∫IDdt、および前回診断用充電時の二次電池満充電容量の演算値Q0に基づいて演算される。ΔSOCR,Cは通常充電時の二次電池満充電容量又はSOHQ演算の過程で計算されるΔSOCである。
　ΔSOCDとΔSOCR,Cとの差分において、最新N点の平均値が閾値kQ3以下になった場合、前回診断用充電時の二次電池満充電容量に基づいて演算されたSOC稼働範囲よりも広い範囲でSOCが稼働し、すなわち前回の診断用充電時よりも劣化が進行、SOHQが低下していると判断し、診断用充電を推奨すると判断される。
　　(ΔSOCD - ΔSOCR,C)A(N)= (∫IDdt/Q0- ΔSOCR,C)A(N)≦kQ3　　（式１２）
　推奨判断方法３で示したように、通常充電時のΔSOC演算についても誤差およびばらつきが大きいため、最新N点の平均値を取る。平均に用いるN数は、予め決められた任意の値であり、通常充電時の演算誤差を考慮した場合、例えば30点とする。閾値kQ3は、予め決められた任意の値であり、－１％又－２％あるいはそれより小さい値であっても良い。
　次に、ステップＳ１２０の診断用充電実施の判断方法について詳細に説明する。
　上述したように、ステップＳ１２０では、診断用充電実施判断部３０２は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の状態、診断用充電に必要な充電推定時間、作業開始時間である現場作業計画に基づき、診断用充電を実施するか否かを判断する。ここで、診断用充電実施判断部３０２は、下記式１３及び式１４の関係を全て満たす場合のみ、診断用充電を実施すると判断する。従って、例えば式１３の関係を満たすが式１４の関係を満たさない場合、あるいは式１３の関係を満たさないが式１４の関係を満たす場合は、診断用充電を実施すると判断されない。
　具体的には、上述のように、診断用充電では充電によるΔSOCが所定値kΔSOC以上であることを特徴とする。そのため、診断用充電実施判断部３０２は式１３で示されるように、予め設定される充電のSOC設定値(最大)SOCC,Maxと電池管理ユニット２０２から出力される充電前である現在のSOCとの差分ΔSOCCを演算し、演算した差分ΔSOCCが所定値kΔSOC以上であるか否かと判断する。
　　ΔSOCC= SOCC,Max - SOCCur ≧kΔSOC　　　　（式１３）
　続いて、診断用充電実施判断部３０２は、車両制御ユニット２０８に予めデータ登録されている作業開始時間である現場作業計画（すなわち、二次電池の使用開始時間）から演算される残充電可能時間timeavaと、電池管理ユニット２０２によって演算される診断用充電に必要な充電推定時間timeCharge,Dとに基づいて、式１４に示すように、残充電可能時間timeavaが診断用充電に必要な充電推定時間timeCharge,D以上であるか否かを判断する。
　　timeava ≧timeCharge,D　　　（式１４）
　残充電可能時間timeavaは、電池管理ユニット２０２により現在時間と次回の作業開始時間（現在時間から二次電池２０１の次の使用開始時間）との差分から演算される。診断用充電に必要な充電推定時間timeCharge,Dは、充電総時間ともいい、式１５に示すように充電時間（ｔ５０３）timeCharge、稼働後休止時間（ｔ５０２）timeR,before、充電後休止時間（ｔ５０４）timeR,afterの合計値である。
　　timeCharge,D = timeCharge+ timeR,before+ timeR,after　　　（式１５）
　充電時間timeChargeは、例えばCCCV充電方式を用いた充電時間から演算される。CCCV充電方式は、上述したように充電開始から定電流モードで充電を行い、充電の目標とするSOCの電圧に到達したら、定電圧モードで充電を行う方式である。充電時間timeChargeは、式１６で簡易的に演算することができる。
　　timeCharge = timeCharge,CC+ timeCharge,CV= ΔQc / IC + timeCharge,CV= (SOCC,Max - SOCCur) / 100 × Q0 / IC+ timeCharge,CV　　　　（式１６）
　式１６に示すように、充電時間timeChargeは、充電に必要な電荷量ΔQc、充電電流ICから演算されるCC充電時間timeCharge,CC、およびCV充電時間timeCharge,CVの和で演算される。CV充電時間timeCharge,CVは、SOC設定値(最大)SOCC,Maxまで十分に充電できることを目的に、電池性能に基づき予め決定される値であり、例えば１時間などの一定値であっても良く、セル温度やSOC、SOHなどの二次電池２０１の状態に依存する関数式又はMapに基づいて演算される値であっても良い。稼働後休止時間timeR,before、充電後休止時間timeR,afterは、セル温度やSOCの二次電池２０１の状態および図８に示す休止時間Mapに基づいて求められる。
　ステップＳ１２０における診断用充電実施判断の詳細な処理は、例えば図１０に示すフローチャートである。まず、ステップＳ１２１では、電池管理ユニット２０２のΔSOC演算部６０２は、上述したように、電池管理ユニット２０２から出力される現在の二次電池充電状態SOCを取得し、更に式１３を用いて予め設定される充電のSOC設定値(最大)SOCC,Maxと取得したSOCに基づき、ΔSOCCを演算する。
　ステップＳ１２１に続くステップＳ１２２では、診断用充電実施判断部３０２は、ΔSOC演算部６０２により演算されたΔSOCCを取得し、取得したΔSOCCが所定値kΔSOC以上であるか否かを判断する。ΔSOCCが所定値kΔSOC以上であると判断された場合、制御処理はステップＳ１２３に進む。ステップＳ１２３では、残充電可能時間timeava、および診断用充電に必要な充電推定時間timeCharge,Dがそれぞれ演算される。ステップＳ１２３に続くステップＳ１２４では、診断用充電実施判断部３０２は、演算されたtimeavaがtimeCharge,D以上であるか否かを判断する。timeavaがtimeCharge,D以上であると判断した場合、診断用充電実施判断部３０２は、診断用充電が実施可（言い換えれば、診断用充電を実施する）と最終的に判断する（ステップＳ１２５参照）。
　一方、ステップＳ１２２においてΔSOCCが所定値kΔSOCよりも小さいと判断した場合、又はステップＳ１２４においてtimeavaがtimeCharge,Dよりも小さいと判断した場合、診断用充電実施判断部３０２は、診断用充電が実施不可（言い換えれば、診断用充電を実施しない）と最終的に判断する（ステップＳ１２６参照）。
　上述したステップＳ１２４において、二次電池のセル温度が低いことから診断用充電に必要な充電推定時間timeCharge,Dが長くなり、診断用充電が実施不可の場合、暖機運転によりセル温度を上昇させても良い。その場合、図１０の制御処理に暖機処理を追加した図１１の制御処理になる（図１１参照）。
　図１１に示すステップＳ１２１～ステップＳ１２５は図１０と同様であるので、重複説明を省略し、以下では異なるステップ（すなわち、暖機処理に関するステップ）のみを説明する。具体的には、ステップＳ１２４においてtimeavaがtimeCharge,Dよりも小さいと判断した場合、制御処理はステップＳ２１０に進み、暖機実施の可否が判断される。ここでは、暖機による所定範囲内のセル温度上昇により、診断用充電に必要な充電推定時間timeCharge,Dと残充電可能時間timeavaとが式１４の関係を満たすか否か、暖機によるセル温度の目標値（目標温度）TD演算、およびSOCなどに基づくエネルギー残量で暖機実施が可能か否かの判断が行われる。目標温度TDは、診断用充電に必要な充電推定時間timeCharge,Dと残充電可能時間timeavaが式１４の関係を満たす温度になる。
　ステップＳ２１０において暖機実施可と判断される場合、制御処理はステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、暖機運転における目標温度TDが設定される。ステップＳ２２０に続くステップＳ２３０では、診断用充電実施判断部３０２は、セル温度TCが目標温度TDよりも大きいか否かを判断する。セル温度TCが目標温度TDよりも大きいと判断された場合、制御処理は上述のステップＳ１２５に進み、診断用充電実施可と判断される。
　一方、ステップＳ２３０でセル温度TCが目標温度TD以下であると判断された場合、制御処理はステップＳ２４０に進み、暖機運転が実施される。このような暖機運転は、セル温度TCが目標温度TDに到達するまで繰り返される。なお、ステップＳ２１０で暖機実施不可と判断された場合、制御処理は上述のステップＳ１２６に進み、診断用充電実施不可と判断される。
　本実施形態において、診断用充電で取得した電圧、温度、電流などの稼働履歴データに基づいて二次電池容量および容量の劣化度SOHQを演算する方法を示したが、加えて電池直流抵抗(mΩ)、および抵抗劣化度SOHR(%)を演算しても良い。電池直流抵抗は、一例として、所定SOCにおける電圧安定後の状態に一定電流負荷を与えた時の、所定時間後の電圧変化量から演算される。
　所定SOCは、稼働後休止時間後のSOCとし、二次電池の充電時間において充電負荷を与えた時の、所定時間後の電圧変化量から演算される。演算式の一例を式１７に示す。
　　DCRCharge,5 = ΔVCharge,5/ ICharge　　　（式１７）
　式１７では、充電開始５秒後の電圧変化量ΔVCharge,5と、充電負荷IChargeから、充電直流抵抗(５秒目)DCRCharge,5が演算される。SOHRは充電開始SOCにおける初期の電池直流抵抗を100%として、現在の電池直流抵抗の比率(抵抗劣化度)として演算される。直流抵抗はセル温度やSOCに依存するため、初期の電池直流抵抗は、事前に作成されるセル温度やSOCをパラメータとする電池直流抵抗Map(初期)、および取得される現在のセル温度やSOCに基づいて求められる。
　本実施形態に係るバッテリショベル１において、コントローラ３００は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の稼働履歴に基づいて診断用充電を推奨するか否かを判断する診断用充電推奨判断部３０１と、診断用充電を推奨すると判断された場合、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の状態、診断用充電に必要な充電推定時間および次回の作業開始時間からなる現場作業計画に基づいて診断用充電を実施するか否かを判断する診断用充電実施判断部３０２とを有するので、休止時間を設ける診断用充電を、診断用充電を推奨すると判断された場合に限定して実施することで、充電総時間の長い診断用充電の回数を低減することができる。しかも、現場作業計画を考慮し、診断用充電の充電総時間を確保できる時に限定して診断用充電を実施することで、現場作業計画に支障が出るリスクを低減することができる。その結果、バッテリショベル１の作業計画に支障を与えることを防止できる、バッテリショベル１の作業効率を向上することができる。
　更に、電池管理ユニット２０２は、二次電池２０１の稼働履歴に基づいて充電前後の充電率SOCを演算し、演算した充電前後の充電率SOCと二次電池２０１の充電電荷量ΔQとに基づいて二次電池の満充電容量Q又は二次電池容量の劣化度SOHQを更に演算するので、満充電容量又はSOHQを精度良く演算することができる。
［第２実施形態］
　次に、バッテリショベルの第２実施形態を説明する。第１実施形態では、図４に示す制御処理は全て自動的に行うことに対し、第２実施形態では、診断用充電を実施すると判断された場合であっても診断用充電又は通常充電の最終実施判断が作業者（オペレータ、保守サービスマン等）に委ねられるように構成されている。このとき、診断用充電又は通常充電の充電モードの最終実施判断は、例えばモニタ表示装置に充電モードの選択画面を設け、作業者に選択してもらうことによって行われる。
　図１２は第２実施形態に係るバッテリショベルの電池システムを示す構成図である。図１２に示すように、本実施形態に係る電池システムは、モニタ表示装置２１２を更に備える点において、第１実施形態に係る電池システムと相違している。
　モニタ表示装置２１２は、車両制御ユニット２０８によって作成される充電モードの選択画面等を表示するものである。車両制御ユニット２０８によって作成される充電モードの選択画面は、診断用充電推奨判断部３０１の判断結果、診断用充電実施判断部３０２の判断結果、および電池管理ユニット２０２の演算結果に基づいて作成されるものである。
　図１３は第２実施形態の車両制御ユニットに設けられたコントローラを示す機能ブロック図である。本実施形態のコントローラ３００Ａは、第１実施形態のコントローラ３００と比べて、充電終了時間演算部３０４、モニタ表示作成部３０５および選択内容判断部３０６を更に有する。
　図１４は第２実施形態における二次電池に対する充電制御を示すフローチャートである。図１４に示す制御処理は、バッテリショベル１の充電操作を開始した状態、例えば電流ケーブル接続することで開始される。
　ステップＳ３１０では、診断用充電推奨判断部３０１は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の稼働履歴に基づき、診断用充電を推奨するか否かを判断する。具体的な判断方法は、上記第１実施形態で述べた内容と同じである。そして、診断用充電を推奨すると判断された場合、制御処理はステップＳ３２０に進む。
　ステップＳ３２０では、診断用充電実施判断部３０２は、電池管理ユニット２０２から出力される二次電池２０１の状態、診断用充電に必要な充電推定時間、作業開始時間からなる現場作業計画に基づき、診断用充電を実施するか否かを判断する。具体的な判断方法は、上記第１実施形態で述べた内容と同じである。診断用充電が実施可能と判断された場合、制御処理はステップＳ３３０に進む。
　ステップＳ３３０では、充電時間が演算される。ここでは、電池管理ユニット２０２は、上記式１５および式１６に基づいて、通常充電と診断用充電に必要な充電推定時間をそれぞれ演算する。
　ステップＳ３３０に続くステップＳ３４０では、充電モード選択画面モニタ表示が行われる。ここでの充電モード選択とは、「通常充電」又は「診断用充電」の選択のことである。具体的には、まず、充電終了時間演算部３０４は、現在時間と、電池管理ユニット２０２により演算された通常充電および診断用充電に必要な充電推定時間に基づき、通常充電および診断用充電の充電終了時間をそれぞれ演算する。次に、モニタ表示作成部３０５は、充電終了時間演算部３０４により演算された通常充電および診断用充電の充電終了時間を表示するモニタ画面を作成し、モニタ表示装置２１２に表示させる。
　ステップＳ３４０に続くステップＳ３５０では、充電モード選択が行われる。ここでは、オペレータ又は保守サービスマンなどの作業者にモニタ表示装置２１２に表示される充電モードを選択してもらう。作業者がモニタ表示装置２１２に表示された「１．診断用充電」（図１５参照）を選択した場合、選択内容判断部３０６は、選択された内容を判断し、充電器制御部３０３に指令を出す。これによって、診断用充電が行われる（ステップＳ３６０参照）。
　一方、ステップＳ３１０において診断用充電を推奨しないと判断された場合、又はステップＳ３２０において診断用充電を実施しないと判断された場合、あるいはステップＳ３４０において作業者が「２．通常充電」（図１５参照）を選択した場合、選択内容判断部３０６は、選択された内容を判断し、充電器制御部３０３に指令を出す。これによって、通常充電が行われる（ステップＳ３７０参照）。
　図１５はモニタ表示装置の表示画面および選択フローの一例を説明する図である。図１５に示すように、初めに、モニタ表示装置２１２の表示画面（選択画面）２１２１に、例えば「診断用充電の実施推奨時期です。」を表示させることで作業者に注意喚起した上で、「１．診断用充電」又は「２．通常充電」の充電モードを表示させ、作業者に選択してもらうようになっている。「１．診断用充電」には推奨表記に加えて、必要な充電推定時間なども示す。
　作業者が「１．診断用充電」を選択した場合、モニタ表示装置２１２の画面は診断用充電実施確認画面２１２２に変わる。このとき、診断用充電実施確認画面２１２２に診断用充電の充電終了時間を表示させ、作業者に作業計画に基づいて充電開始か否かを選択してもらう。充電開始（すなわち、Ｙｅｓ）が選択された場合、診断用充電が行われ、モニタ表示装置２１２の表示画面が診断用充電実施画面２１２３に変わる。
　一方、作業者が選択画面２１２１で「２．通常充電」を選択した場合、又は診断用充電実施確認画面２１２２で充電開始しない（すなわち、Ｎｏ）を選択した場合、通常充電が行われ、モニタ表示装置２１２の表示画面が通常充電実施画面２１２４に変わる。
　本実施形態のバッテリショベルによれば、第１実施形態と同様な作用効果を得られるほか、診断用充電を実施すると判断された場合であっても診断用充電又は通常充電の最終実施判断を作業者に最終実施判断できるように構成されるため、現場の状況等に対応する能力を高めることができる。
　なお、本実施形態において、診断用充電を実施すると判断された場合であっても診断用充電又は通常充電の最終実施判断が作業者に委ねられることを示したが、診断用充電を実施すると判断された場合であっても作業者が二次電池２０１の状態を診断したい場合などは、外部コンピュータなどを通じて、現地操作又は遠隔操作で電池管理ユニット２０２および車両制御ユニット２０８に指令を出し、診断用充電を任意に実施しても良い。
　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
１　　バッテリショベル（電動作業機械）
２０１　　二次電池
２０２　　電池管理ユニット
２０３　　電流計
２０４，２０９，２１０，２１１　　通信線
２０５　　充電器
２０６　　モータ
２０７　　インバータ
２０８　　車両制御ユニット
２１２　　モニタ表示装置
３００，３００Ａ　　コントローラ
３０１　　診断用充電推奨判断部
３０２　　診断用充電実施判断部
３０３　　充電器制御部
３０４　　充電終了時間演算部
３０５　　モニタ表示作成部
３０６　　選択内容判断部
６０１　　充電量演算部
６０２　　ΔSOC演算部
６０３　　電池容量演算部
６０４　　SOHQ演算部

Claims (10)

  1. 　二次電池を有する電動作業機械において、
    　前記二次電池を管理する電池管理ユニットと、
    　前記二次電池に対し、充電中に休止時間を設けない通常充電、又は充電中に休止時間を設ける診断用充電を制御するコントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、
    　前記電池管理ユニットから出力される二次電池の稼働履歴に基づいて、診断用充電を推奨するか否かを判断する診断用充電推奨判断部と、
    　診断用充電を推奨すると判断された場合、前記電池管理ユニットから出力される二次電池の状態、診断用充電に必要な充電推定時間および作業開始時間からなる現場作業計画に基づいて、診断用充電を実施するか否かを判断する診断用充電実施判断部と、
    を有することを特徴とする電動作業機械。
  2. 　前記診断用充電は、充電の前後に予め設定された休止時間がそれぞれ設けられる充電モードであり、
    　前記診断用充電の休止時間は、温度と充電率に依存する二次電池の分極時定数とに基づいて設定されている請求項１に記載の電動作業機械。
  3. 　前記電池管理ユニットは、診断用充電又は通常充電における二次電池の稼働履歴に基づいて充電前後の充電率をそれぞれ演算し、演算した充電前後の充電率と二次電池の充電電荷量とに基づいて二次電池の満充電容量又は二次電池容量の劣化度をそれぞれ演算する請求項１又は２に記載の電動作業機械。
  4. 　前記診断用充電推奨判断部は、現在時間と二次電池の使用開始日との差、又は現在時間と前回診断用充電の実施日との差が、予め定められた時間以上になったとき、診断用充電を推奨すると判断する請求項１～３のいずれか一項に記載の電動作業機械。
  5. 　前記診断用充電推奨判断部は、二次電池容量の劣化度の初期値又は前回診断用充電時に演算された二次電池容量の劣化度と劣化予測関数を用いて前回診断用充電からの稼働履歴に基づいて演算される現在の二次電池容量の劣化度との差が、予め決められた閾値以上になったとき、診断用充電を推奨すると判断する請求項１～３のいずれか一項に記載の電動作業機械。
  6. 　前記診断用充電推奨判断部は、通常充電時の二次電池容量の劣化度における最新点の平均値と二次電池容量の劣化度の初期値又は前回診断用充電時の二次電池容量の劣化度との差が予め決められた閾値以上になったとき、診断用充電を推奨すると判断する請求項１～３のいずれか一項に記載の電動作業機械。
  7. 　前記診断用充電推奨判断部は、二次電池満充電容量又は二次電池容量の劣化度の初期値、並びに前回診断用充電時の二次電池満充電容量又は二次電池容量の劣化度に基づいて演算される稼働中の充電率範囲と、通常充電における二次電池の稼働履歴に基づいて演算される充電中の充電率範囲との差が予め決められた閾値以下になったとき、診断用充電を推奨すると判断する請求項１～３のいずれか一項に記載の電動作業機械。
  8. 　前記診断用充電実施判断部は、現在時間と現場作業計画とに基づいて演算される残充電可能時間が診断用充電に必要な充電推定時間以上であって、且つ診断用充電前後の充電率の変化量が所定値以上であるとき、診断用充電を実施すると判断する請求項１～７のいずれか一項に記載の電動作業機械。
  9. 　残充電可能時間が診断用充電に必要な充電推定時間よりも小さい場合において、暖機運転によって二次電池の温度が設定される目標温度よりも大きくなったとき、前記診断用充電実施判断部は、診断用充電を実施すると判断する請求項８に記載の電動作業機械。
  10. 　前記診断用充電推奨判断部の判断結果および前記診断用充電実施判断部の判断結果を表示し、通常充電又は診断用充電を選択する画面を表示するモニタ表示装置を更に備える請求項１～９のいずれか一項に記載の電動作業機械。
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